Red Hanuman
19-06-2015, 07:54
Confermata l'oscillazione dei neutrini nel fascio dal CERN al Gran Sasso
L'esperimento OPERA al Gran Sasso ha rivelato cinque neutrini di tipo tau nel fascio di neutrini mu proveniente dal centro di ricerche di Ginevra. L'osservazione - che conferma il fenomeno del cambiamento di sapore dei neutrini quando oscillano viaggiando attraverso la materia su lunghe distanze - è avvenuta analizzando i dati raccolti tra il 2008 e il 2012di Folco Claudi
Quando i neutrini viaggiano su lunghe distanze attraverso la materia oscillano cambiando “sapore”: la conferma definitiva di questo modello fisico delle più elusive delle particelle viene dai nuovi risultati dell'esperimento OPERA con il fascio CERN Neutrinos to Gran Sasso (CNGS).
Secondo quanto annunciato ieri a seguito dell'analisi dei dati raccolti tra il 2008 e il 2012, l'esperimento OPERA, che coinvolge 140 fisici da 26 Istituti di ricerca in 11 paesi, ha rivelato ben cinque neutrini di tipo tau, frutto dell'oscillazione dei neutrini di tipo mu prodotti presso il centro ricerche di Ginevra e arrivati ai Laboratori nazionali del Gran Sasso dell'INFN dopo aver percorso 730 chilometri nel sottosuolo. Considerato che il rumore di fondo è estremamente contenuto, cinque eventi sono stati sufficienti a raggiungere la fatidica soglia di 5 sigma nella significatività statistica (http://www.lescienze.it/news/2012/07/23/news/cinque_sigma_bosone_higgs-1164438/) che consente di annunciare una scoperta.
“L'idea di questo esperimento venne alla fine degli anni novanta quando, osservando i neutrini prodotti dall'interazione dei raggi cosmici con l'atmosfera terrestre, si verificò che i neutrini di tipo mu erano in numero inferiore a quelli attesi, mentre quelli elettronici sembravano non variati apprezzabilmente: da qui l'ipotesi che esistesse una trasmutazione dal sapore mu al sapore tau”, ha spiegato a "Le Scienze" Giovanni De Lellis, Professore dell’Università Federico II e dell’INFN di Napoli, a capo del team internazionale dell'esperimento OPERA.
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Schema dell'esperimento CNGS: i neutrini di tipo mu prodotti al CERN vengono indirizzati verso i rivelatori dell'esperimento OPERA presso i Laboratori nazionali del Gran Sasso, dove arrivano dopo un tragitto di 732 cholometri nel sottosuolo (Cortesia CERN/Laboratori Nazionali del Gran Sasso)
Mancava però la prova diretta, ovvero l’osservazione della comparsa di neutrini tau in un fascio di soli neutrini muonici.
“Per osservare direttamente questo fenomeno, era necessario progettare un fascio di neutrini muonici e inviarlo su un apparato posto a diverse centinaia di chilometri dal fascio, in modo da consentire ai neutrini di oscillare durante il volo”, ha aggiunto De Lellis. “Inoltre, l’apparato doveva avere una massa di diverse migliaia di tonnellate per catturare un numero adeguato di neutrini e doveva essere realizzato con una tecnologia totalmente innovativa in grado di rivelare i neutrini tau, osservando la particella tau da essi prodotta che vive meno di un millesimo di miliardesimo di secondo: questa era una grande sfida sperimentale.”
I neutrini mu sono prodotti al CERN facendo incidere un fascio di protoni su un bersaglio di grafite; dalla collisione si producono prevalentemente due tipi di particelle: pioni e kaoni, che successivamente decadono in neutrini di tipo mu. I neutrini vengono poi indirizzati verso i laboratori del Gran Sasso, dove incontrano i rivelatori dell'esperimento OPERA.
“Si tratta di rivelatori basati sulla tecnologia delle emulsioni nucleari, che riescono a misurare la traiettoria del tau con la precisione micrometrica necessaria per osservare queste particelle che, malgrado viaggino quasi alla velocità della luce, percorrono meno di un millimetro”, ha sottolineato De Lellis. “Questo tipo di rivelatore era stato quasi soppiantato negli anni settanta-ottanta, perché comportava l’ispezione visiva al microscopio delle tracce delle particelle subatomiche e quindi un’analisi molto laboriosa”.
INFOGRAFICA: Il modello standard della fisica delle particelle (http://www.lescienze.it/news/2011/12/12/news/il_modello_standard_della_fisica_delle_particelle-732415/)
Negli ultimi decenni si è riusciti a sfruttarne le potenzialità grazie allo sviluppo di microscopi completamente automatici che hanno consentito la scansione delle tracce delle particelle lasciate nelle emulsioni di OPERA.
“Per l’esperimento sono state prodotte e utilizzate 9 milioni di lastre fotografiche per una superficie totale di 110.000 di metri quadrati: la tecnologia delle emulsioni è molto efficace e ha mostrato ricadute applicative in altri ambiti, quali per esempio la fisica medica e lo studio dei vulcani”, ha puntualizzato De Lellis.
Essere riusciti a trovare cinque neutrini tau ha consentito agli scienziati di OPERA di escludere che quest’osservazione fosse dovuta a fenomeni diversi dal neutrino tau, perché la probabilità che questo accada è di uno su 10 milioni, il che corrisponde alle 5 sigma che si ritengono necessarie per una scoperta. L'esperimento si sta concludendo nel migliore dei modi, dunque: la scoperta dei neutrini tau in un fascio di neutrini muonici conferma la correttezza dell'attuale modello dell'oscillazione dei neutrini e, di conseguenza, dimostra che i neutrini sono dotati di massa.
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L'esperimento OPERA al Gran Sasso (Cortesia INFN/Laboratori nazionali del Gran Sasso)
“Nel prossimo futuro in OPERA saremo impegnati a studiare il neutrino tau, di cui sappiamo ben poco; basti pensare che, a parte questi cinque eventi di OPERA, sono stati rivelati solo altri nove neutrini tau nel 2008 negli Stati Uniti, prodotti peraltro in modo diverso dalle oscillazioni: ora cercheremo di misurare la massa e altri parametri fisici importanti per il processo di oscillazione mai prima misurati con neutrini tau”, ha spiegato De Lellis.
Più a lungo termine, De Lellis e colleghi hanno già in cantiere un ambizioso progetto per misurare migliaia di neutrini tau con l’esperimento SHiP (Search for Hidden Particles) al CERN.
“Si tratterà anche in questo caso di produrli artificialmente, ma in modo diretto e non attraverso le oscillazioni: l'idea è di utilizzare sempre fasci di protoni, facendoli scontrare non con un bersaglio leggero come la grafite ma con molibdeno e tungsteno”, ha concluso De Lellis. “Ciò produrrà un fascio di neutrini tau molto copioso che consentirà non solo di studiare queste particelle con grande dettaglio e scoprirne le caratteristiche, ma anche di rivelare l'anti-particella del neutrino tau, l’anti-neutrino tau, mai stata osservata direttamente; e chissà che questo nuovo metodo non ci riservi altre sorprese.”
Articolo originale QUI (http://www.lescienze.it/news/2015/06/16/news/oscillazione_neutrini_cern_gran_sasso-2653688/?ref=nl-Le-Scienze_19-06-2015).
L'esperimento OPERA al Gran Sasso ha rivelato cinque neutrini di tipo tau nel fascio di neutrini mu proveniente dal centro di ricerche di Ginevra. L'osservazione - che conferma il fenomeno del cambiamento di sapore dei neutrini quando oscillano viaggiando attraverso la materia su lunghe distanze - è avvenuta analizzando i dati raccolti tra il 2008 e il 2012di Folco Claudi
Quando i neutrini viaggiano su lunghe distanze attraverso la materia oscillano cambiando “sapore”: la conferma definitiva di questo modello fisico delle più elusive delle particelle viene dai nuovi risultati dell'esperimento OPERA con il fascio CERN Neutrinos to Gran Sasso (CNGS).
Secondo quanto annunciato ieri a seguito dell'analisi dei dati raccolti tra il 2008 e il 2012, l'esperimento OPERA, che coinvolge 140 fisici da 26 Istituti di ricerca in 11 paesi, ha rivelato ben cinque neutrini di tipo tau, frutto dell'oscillazione dei neutrini di tipo mu prodotti presso il centro ricerche di Ginevra e arrivati ai Laboratori nazionali del Gran Sasso dell'INFN dopo aver percorso 730 chilometri nel sottosuolo. Considerato che il rumore di fondo è estremamente contenuto, cinque eventi sono stati sufficienti a raggiungere la fatidica soglia di 5 sigma nella significatività statistica (http://www.lescienze.it/news/2012/07/23/news/cinque_sigma_bosone_higgs-1164438/) che consente di annunciare una scoperta.
“L'idea di questo esperimento venne alla fine degli anni novanta quando, osservando i neutrini prodotti dall'interazione dei raggi cosmici con l'atmosfera terrestre, si verificò che i neutrini di tipo mu erano in numero inferiore a quelli attesi, mentre quelli elettronici sembravano non variati apprezzabilmente: da qui l'ipotesi che esistesse una trasmutazione dal sapore mu al sapore tau”, ha spiegato a "Le Scienze" Giovanni De Lellis, Professore dell’Università Federico II e dell’INFN di Napoli, a capo del team internazionale dell'esperimento OPERA.
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Schema dell'esperimento CNGS: i neutrini di tipo mu prodotti al CERN vengono indirizzati verso i rivelatori dell'esperimento OPERA presso i Laboratori nazionali del Gran Sasso, dove arrivano dopo un tragitto di 732 cholometri nel sottosuolo (Cortesia CERN/Laboratori Nazionali del Gran Sasso)
Mancava però la prova diretta, ovvero l’osservazione della comparsa di neutrini tau in un fascio di soli neutrini muonici.
“Per osservare direttamente questo fenomeno, era necessario progettare un fascio di neutrini muonici e inviarlo su un apparato posto a diverse centinaia di chilometri dal fascio, in modo da consentire ai neutrini di oscillare durante il volo”, ha aggiunto De Lellis. “Inoltre, l’apparato doveva avere una massa di diverse migliaia di tonnellate per catturare un numero adeguato di neutrini e doveva essere realizzato con una tecnologia totalmente innovativa in grado di rivelare i neutrini tau, osservando la particella tau da essi prodotta che vive meno di un millesimo di miliardesimo di secondo: questa era una grande sfida sperimentale.”
I neutrini mu sono prodotti al CERN facendo incidere un fascio di protoni su un bersaglio di grafite; dalla collisione si producono prevalentemente due tipi di particelle: pioni e kaoni, che successivamente decadono in neutrini di tipo mu. I neutrini vengono poi indirizzati verso i laboratori del Gran Sasso, dove incontrano i rivelatori dell'esperimento OPERA.
“Si tratta di rivelatori basati sulla tecnologia delle emulsioni nucleari, che riescono a misurare la traiettoria del tau con la precisione micrometrica necessaria per osservare queste particelle che, malgrado viaggino quasi alla velocità della luce, percorrono meno di un millimetro”, ha sottolineato De Lellis. “Questo tipo di rivelatore era stato quasi soppiantato negli anni settanta-ottanta, perché comportava l’ispezione visiva al microscopio delle tracce delle particelle subatomiche e quindi un’analisi molto laboriosa”.
INFOGRAFICA: Il modello standard della fisica delle particelle (http://www.lescienze.it/news/2011/12/12/news/il_modello_standard_della_fisica_delle_particelle-732415/)
Negli ultimi decenni si è riusciti a sfruttarne le potenzialità grazie allo sviluppo di microscopi completamente automatici che hanno consentito la scansione delle tracce delle particelle lasciate nelle emulsioni di OPERA.
“Per l’esperimento sono state prodotte e utilizzate 9 milioni di lastre fotografiche per una superficie totale di 110.000 di metri quadrati: la tecnologia delle emulsioni è molto efficace e ha mostrato ricadute applicative in altri ambiti, quali per esempio la fisica medica e lo studio dei vulcani”, ha puntualizzato De Lellis.
Essere riusciti a trovare cinque neutrini tau ha consentito agli scienziati di OPERA di escludere che quest’osservazione fosse dovuta a fenomeni diversi dal neutrino tau, perché la probabilità che questo accada è di uno su 10 milioni, il che corrisponde alle 5 sigma che si ritengono necessarie per una scoperta. L'esperimento si sta concludendo nel migliore dei modi, dunque: la scoperta dei neutrini tau in un fascio di neutrini muonici conferma la correttezza dell'attuale modello dell'oscillazione dei neutrini e, di conseguenza, dimostra che i neutrini sono dotati di massa.
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L'esperimento OPERA al Gran Sasso (Cortesia INFN/Laboratori nazionali del Gran Sasso)
“Nel prossimo futuro in OPERA saremo impegnati a studiare il neutrino tau, di cui sappiamo ben poco; basti pensare che, a parte questi cinque eventi di OPERA, sono stati rivelati solo altri nove neutrini tau nel 2008 negli Stati Uniti, prodotti peraltro in modo diverso dalle oscillazioni: ora cercheremo di misurare la massa e altri parametri fisici importanti per il processo di oscillazione mai prima misurati con neutrini tau”, ha spiegato De Lellis.
Più a lungo termine, De Lellis e colleghi hanno già in cantiere un ambizioso progetto per misurare migliaia di neutrini tau con l’esperimento SHiP (Search for Hidden Particles) al CERN.
“Si tratterà anche in questo caso di produrli artificialmente, ma in modo diretto e non attraverso le oscillazioni: l'idea è di utilizzare sempre fasci di protoni, facendoli scontrare non con un bersaglio leggero come la grafite ma con molibdeno e tungsteno”, ha concluso De Lellis. “Ciò produrrà un fascio di neutrini tau molto copioso che consentirà non solo di studiare queste particelle con grande dettaglio e scoprirne le caratteristiche, ma anche di rivelare l'anti-particella del neutrino tau, l’anti-neutrino tau, mai stata osservata direttamente; e chissà che questo nuovo metodo non ci riservi altre sorprese.”
Articolo originale QUI (http://www.lescienze.it/news/2015/06/16/news/oscillazione_neutrini_cern_gran_sasso-2653688/?ref=nl-Le-Scienze_19-06-2015).